Kolbenring

Der Kolbenring ist ein Dichtelement auf dem Kolben beispielsweise eines Verbrennungsmotors oder eines Kolbenverdichters.

Zwei Kolbenringe auf einem beschädigten 47-mm-Kolben eines Zweitakt-Motorrollers.

Allgemeine Beschreibung

Kolbenringe haben mehrere Aufgaben:

• Abdichtung des Arbeitsraumes
• Ableitung der Verbrennungswärme aus dem Kolben zur gekühlten Zylinderwand
• Dosierung des Schmieröls zwischen der Lauffläche des Ringes und der Zylinderwand

Kolbenringe sind keine geschlossenen Ringe, sondern haben auch im eingebauten Zustand am Umfang eine Öffnung, den sog. Ringstoß. Im freien, d. h. nicht eingebauten Zustand sind Kolbenringe nicht kreisrund, sondern haben eine definierte unrunde Form und eine Öffnung – die Maulweite. Erst im Einbauzustand werden die Ringe in Kreisform gedrückt. Je nach Anforderungen an E-Modul, mechanische Festigkeit und Verschleißwiderstand werden Kolbenringe aus Guss- oder Stahlwerkstoffen gefertigt. Zur Verbesserung des Verschleißverhaltens sind teilweise Beschichtungen auf den Ringen notwendig. Dabei kommen elektrochemische Verfahren, wie z. B. Verchromen, oder thermische Spritzschichten sowie keramische Beschichtungen zum Einsatz. Auf Stahlringen wird häufig die an der Zylinderlauffläche liegende Randschicht durch Nitrieren gehärtet.

In heutigen Verbrennungsmotoren werden in der Regel jeweils drei Kolbenringe pro Zylinder verwendet. Ihre Ausführung unterscheidet sich nach der Einbaulage auf dem Kolben, da die Aufgabe eines Ringes von seiner Position auf dem Kolben abhängt. Der oberste Ring – dem Verbrennungsraum am nächsten gelegen – ist der sog. Kompressionsring und muss in erster Linie abdichten und Wärme ableiten. Der unterste Ring, der Ölabstreifring, streift Schmieröl von der Zylinderwand ab und dosiert dabei den Ölfilm, auf dem die oberen Kolbenringe während des Hubs gleiten. Der mittlere Ring dichtet gegen Verbrennungsgase ab und kann durch Wechselwirkung mit der Bewegung des ersten Ringes das Blowby des Motors erheblich beeinflussen. Diesem zweiten Kolbenring fällt aber auch noch eine wichtige Aufgabe bei der Steuerung des Ölhaushaltes des Motors zu. Der Ölfilm muss sowohl für hinreichend gute tribologische Bedingungen sorgen als auch dünn sein, um die Ölverluste durch Abdampfen gering zu halten. Im Bereich der oberen Kolbenringe beträgt die Ölfilmdicke zum Teil weniger als ein Tausendstelmillimeter und ist damit geringer als die Rautiefe von Kolben und Zylinder.

Kompressionsringe/Verdichtungsringe

Die Hauptaufgabe der K-V-Ringe ist es, den Brennraum gegenüber dem Kurbelgehäuse abzudichten und den Wärmefluss vom Kolben zum Zylinder zu gewährleisten. Darüber hinaus sind sie aber auch zur Regelung des Schmierölhaushaltes von großer Bedeutung.

Kompressionsringe sind einteilige Ringe, die ihren Anpressdruck an die Zylinderwand hauptsächlich aus dem Gasdruck beziehen. Um die Abdichtung beim Start zu sichern und ein Ringflattern bei hohen Drehzahlen zu vermeiden, sind die Ringe durch Biegespannung zwischen freier und eingebauter Form mechanisch vorgespannt. Die Höhe des Anpressdruckes wird in der Regel in Form der Tangentialkraft des Ringes angegeben.

Ölabstreifring

Die Hauptaufgabe des Ringes in der untersten Kolbennut ist das Abstreifen des Öles von der Zylinderwand, d. h., der Ölabstreifring hat einen wesentlichen Einfluss auf den Ölhaushalt eines Verbrennungsmotors. Um den Schmierölverbrauch wirkungsvoll zu beeinflussen, stehen verschiedene ein-, zwei- oder dreiteilige Bauformen zur Auswahl.

Stoßspiel

Neuer Kolbenring wird im Zylinder (Malossi 210) auf Stoßspiel vermessen. Mit 0,25 mm bei einer 68,5 mm Bohrung ist das optimale Stoßspiel erreicht.

Das Stoßspiel der Kolbenringe ist der Abstand – also der Stoß – zwischen den Kolbenringenden im eingebauten Zustand. Zur Messung des Stoßspiels – dem Abstand zwischen den Kolbenringenden – muss sich der Kolbenring im Zylinder senkrecht zur Zylinderwand bzw. Laufbahn befinden. Am besten schiebt man die Kolbenringe mit dem Kolben im Zylinder in die richtige Position. Dadurch werden sie ausreichend ausgerichtet. Die Zylinderwand dürfte im Bereich kurz unterhalb der oberen Ringkanten am meisten abgeschliffen sein. Hier sollte auch das Stoßspiel gemessen werden. Die Messung kann sehr gut mit einer Fühlerlehre durchgeführt werden. Als Richtwert für das Stoßspiel gibt ein Kolbenhersteller (Grand-Sport) folgende Formel an: mindestens 0,036 mm Stoßspiel je 10 mm Bohrung => 57er Bohrung = mindestens 0,21 mm Stoßspiel.

Weblinks

• Die Aufgaben der Kolbenringe. In: Oldtimer im Focus
• Kapitel über Kolbenringe. In: Fachwissen Dichtungstechnik (PDF)